- 1 -
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐH LẠC HỒNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC
BÀI GIẢNG
MÔN HỌC: TRUYỀN KHỐI
CHƯƠNG 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
MỤC ĐÍCH:
Nội dung bài giảng này giúp sinh viên nắm được các khái niệm ban đầu về bản chất của
các quá trình truyền khối, phân loại được các quá trình, tạo nền tảng khái niệm cho những nội dung
trong quá trình học tiếp theo.
SỐ TIẾT: 8
BẢNG PHÂN CHIA THỜI LƯỢNG
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1 Khái niệm và phân loại các quá trình truyền khối. 0.5
2 Biểu diễn thành phần pha. 0.5
3 Cân bằng pha. 0.5
4 Quá trình khuếch tán. 0.75
5 Cân bằng vật chất và phương trình truyền khối. 1
6 Phương pháp tính thiết bị truyền khối. 0.75
7 Bài tập và thảo luận. 4
Tổng 8
Bài tập và thảo luận sẽ được phân phối vào từng mục nhỏ của chương
TRỌNG TÂM BÀI GIẢNG
- Tập trung khái quát hóa các khái niệm cơ bản của môn học truyền khối.
- Nắm bắt các ký hiệu, nguyên tắc chung.
- 2 -
i
i
G
y
G
=
3. Tỉ số khối lượng
i
i
i
L
X
L L
=
−
i
i
i
G
Y
G G
=
−
4. Tỉ số mol
i
i
ng, pha h
ơ
i, kg/h
i: c
ấ
u t
ử
b
ấ
t k
ỳ
c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p
VD1.1. Một hỗn hợp rượu ethanol và nước có thành phần khối lượng ethanol là 30%.
Xác định thành phần mol và tỉ số mol của hỗn hợp
Giải:
Thành ph
ầ
n kh
ố
i l
ượ
ng c
ủ
a ethanol c
x
M
x
x x
M M
= = =
−
+
+
Và tỉ số mol của ethanol sẽ là
0,144
0,168
1 1 0,144
e
e
e
x
X
x
= = =
− −
- 3 -
VD1.2. Xác định phần khối lượng và tỉ số khối lượng của hỗn hợp benzen – toluen, biết tỉ
lệ mol benzen trong hỗn hợp là 0,4.
Giải:
Theo
đầ
0,286
1 1 0,4
b
b
b
X
x
X
= = =
+ +
Khi
đ
ó ta tính
đượ
c thành ph
ầ
n kh
ố
i l
ượ
ng c
ủ
a benzen trong h
ỗ
n h
ợ
p là
.
0,286.78
X
x
= = =
−
−
3. Cân bằng pha:
([1] trang 10, [5] trang 71)
3.1. Khái niệm về cân bằng pha:
M
ộ
t h
ệ
đạ
t tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng pha thì th
ỏ
a mãn nh
ữ
ng nguyên t
ắ
c sau:
- T
ạ
i m
n
ồ
ng
độ
c
ủ
a dung ch
ấ
t trong hai pha và
đượ
c bi
ể
u di
ễ
n b
ằ
ng
đườ
ng cân b
ằ
ng.
- Khi h
ệ
đạ
t tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng thì không có khu
th
ế
nào
để
đư
a h
ệ
đế
n
đ
i
ề
u ki
ệ
n cân b
ằ
ng.
3.2. Quy tắc pha Gibbs:
B
ậ
c t
ự
do
C
c
ủ
a m
ng.
Để
tìm
đượ
c b
ậ
c t
ự
do, ta s
ử
d
ụ
ng quy t
ắ
c pha Gibbs, công th
ứ
c nh
ư
sau:
C = k - f + n
Trong
đ
ó:
f
: s
ố
pha trong h
ệ
k
a h
ệ
3.3. Các định luật về cân bằng pha:
3.3.1. Định luật Henry:
Đố
i v
ớ
i dung d
ị
ch lý t
ưở
ng áp su
ấ
t riêng ph
ầ
n
p
c
ủ
a khí trên ch
ấ
t l
ỏ
ng t
ỷ
l
ệ
v
= =
V
ớ
i
P
- áp su
ấ
t t
ổ
ng c
ộ
ng,
i
P p
=
∑
m
- h
ệ
s
ố
phân ph
ố
i hay h
ằ
ng s
ố
cân b
i bão hòa c
ủ
a c
ấ
u t
ử
đ
ó (
ở
cùng nhi
ệ
t
độ
) nhân v
ớ
i n
ồ
ng
độ
ph
ầ
n mol c
ủ
a c
ấ
u t
ử
ợ
p h
ơ
i.
o
i
P
:
áp su
ấ
t h
ơ
i bão hòa c
ủ
a c
ấ
u t
ử
i
ở
cùng nhi
ệ
t
độ
.
x
i
: ph
ầ
n mol x c
ớ
i pha kia, ngh
ĩ
a là
trên b
ề
m
ặ
t phân chia pha t
ạ
o thành hai l
ớ
p màng. Trong màng là chuy
ể
n
độ
ng dòng vì th
ế
g
ọ
i là
khu
ế
ch tán phân t
ử
còn nhân chuy
ể
n
độ
ng xóay và g
i gi
ữ
a các pha x
ả
y ra m
ộ
t cách t
ự
nhiên khi n
ồ
ng
độ
làm vi
ệ
c và n
ồ
ng
độ
cân b
ằ
ng c
ủ
a các c
ấ
u t
ử
phân b
ố
trong m
ỗ
ế
ch tán hay
độ
ng
l
ự
c truy
ề
n kh
ố
i, có th
ể
bi
ể
u di
ễ
n b
ằ
ng
đồ
th
ị
(Hình 1.1)
N
ế
u tính theo pha
Φ
y
ta có
độ
Là l
ượ
ng v
ậ
t ch
ấ
t khu
ế
ch tán qua m
ộ
t d
ơ
n v
ị
di
ệ
n tích màng trong m
ộ
t
đơ
n v
ị
th
ờ
i gian
.
dG dc
v D
F d dx
τ
: l
ượ
ng v
ậ
t ch
ấ
t khu
ế
ch tán
D
: h
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán
4.3.2. Công thức tính hệ số khuếch tán
4.3.2.1. Khuếch tán trong pha khí
H
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán gi
ữ
a hai khí A và B
A B
T
D
M M
P V V
−
= +
+
, m
2
/s
Trong
đ
ó
T
: nhi
ệ
t
độ
tuy
ệ
t
đố
i, K
P
: áp su
ấ
t tuy
ố
khu
ế
ch tán gi
ữ
a l
ỏ
ng A và l
ỏ
ng B
ở
nhi
ệ
t
độ
T
và áp su
ấ
t
P
đượ
c xác
đị
nh theo
công th
ứ
c
6
ượ
ng mol c
ủ
a khí A và khí B, g/mol
- 6 -
V
A
, V
B
: th
ể
tích mol c
ủ
a khí A và khí B
µ
:
độ
nh
ớ
t c
ủ
a pha l
ỏ
ng, mPa.s
A, B
: h
ệ
ữ
a hai pha khí
3
3
2
1 1
2
3 3
4,3.10 . 1 1
.
.( )
k
A B
A B
T
D
M M
P V V
−
= +
+
Th
ế
s
ố
li
ệ
u ta
đượ
A
= 33
B = 4,7
V
B
= 14,8
µ
= 1 mPa.s
Giải:
Khí sulfur hidrogen khu
ế
ch tán trong n
ướ
c là quá trình khu
ế
ch tán pha khí vào pha
l
ỏ
ng nên h
ệ
s
ố
khu
ế
ch tán c
ủ
a quá trình này
đượ
c tính theo công th
= 18
Th
ế
các giá tr
ị
vào công th
ứ
c ta
đượ
c
6
1 1
2
3 3
10 1 1
.
34 18
1.4,7. 1.(33 14,8 )
l
D
−
= +
+
= 1,93.10
-9
m
2
/s
2
: suất lượng mol tổng cộng của pha lỏng ra và vào thiết bị
L
tr
, G
tr
: suất lượng mol của cấu tử không khuếch tán (trơ) trong pha lỏng và pha khí
x
1
, x
2
: phần mol của dung chất trong pha lỏng ra và vào thiết bị
y
1
, y
2
: phần mol của dung chất trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị
X
1
, X
2
: tỉ số mol của dung chất trong pha lỏng ra và vào thiết bị
Y
1
, Y
2
: tỉ số mol của dung chất trong pha khí vào và ra khỏi thiết bị
L
2
L
tr
x
1
G
1
y
1G
tr
x
1
G y
G
tr
y
- 8 -
Phương trình cân bằng vật liệu đối với khoảng thể tích thiết bị kể từ một tiết diện bất kì nào
đó với phần trên của thiết bị:
1 1
( ) ( )
tr tr
G Y Y L X X
− = −
Ở đây k
y
, k
x
là hệ số truyền khối riêng trong pha khí và pha lỏng
VD1.5. Tính hệ số truyền khối tổng quát và so sánh trở lực pha khi hệ số truyền khối
trong mỗi pha lần lượt là k
y
= 8,7 kmol/m
2
.h (∆
∆∆
∆y = 1) và k
x
= 0,2 kmol/m
2
.h (∆
∆∆
∆x =1). Thành
phần cân bằng của pha lỏng và pha khí tuân theo định luật Henry như sau: p
*
= 1,6.10
4
x
(mmHg). Biết thiết bị truyền khối hoạt động ở áp suất thường. Dựa vào tỉ số trở lực hãy biện
luận xem ta nên chọn thiết bịt ruyền khối loại nào cho hiệu quả.
Giải: Trước tiên ta cần phải đổi phương trình ra dạng y
*
= mx
Do thiết bị làm việc ở áp suất thường và thành phần cân bằng của pha khí và pha lỏng tuân
. 21,8.8,7 0,2
x y x
K m k k
= + = +
- 9 -
Ta tính được: K
x
= 0,2 kmol/m
2
.h(∆x = 1)
Tỉ số trở lực khuếch tán giữa pha khí và pha lỏng tính theo pha khí là
1
0,2
. 21,8.8,7
y
x
y
x
k
k
m
m k
k
= = = 0,001
Ta th
ấ
y tr
ở
l
l
ự
c t
ậ
p trung trong
pha l
ỏ
ng nên thi
ế
t b
ị
truy
ề
n kh
ố
i thích h
ợ
p ta c
ầ
n ch
ọ
n là tháp s
ụ
c khí.
VD1.6. Trong một thiết bị truyền khối, tỉ số trở lực truyền khối giữa pha khí và pha
lỏng tính theo pha lỏng là 2. Hệ số truyền khối tổng quát trong pha lỏng là K
x
= 1,62
kmol/h.m
2
.
y
x
y
x
m k
k
m k
k
= =
(1)
H
ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i t
ổ
ng quát trong pha l
ỏ
ng là
1
1,62
1 1
.
x
m k
m k k
=
+ =
Gi
ả
i h
ệ
ph
ươ
ng trình trên ta tìm
đượ
c
2,43
. 4,86
x
y
k
m k
=
=
- 10 -
T
ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i trong pha khí k
y
=
4,86
1,22
= 3,98 kmol/m
2
.h
H
ệ
s
ố
truy
ề
n kh
ố
i t
ổ
ng quát trong pha khí
1 1
1 1 1,22
3,98 2,43
y
ự
c và t
ỉ
l
ệ
ngh
ị
ch v
ớ
i tr
ở
l
ự
c. Ph
ươ
ng
trình truy
ề
n kh
ố
i có th
ể
bi
ể
u di
ễ
n nh
ư
sau:
G = k
ố
i tính theo n
ồ
ng
độ
pha Φ
y
và Φ
x
∆
y
tb
,
∆
x
tb
:
độ
ng l
ự
c trung bình c
ủ
a quá trình.
F : di
ệ
n tích b
ề
m
ặ
ư
sau:
2
1
21
ln
y
y
yy
y
tb
∆
∆
∆
−
∆
=∆
2
1
21
ln
x
x
xx
x
tb
∆
∆
∆
Trong đó:
V : lưu lượng pha Φ
y
, m
3
/s
ω
0
: vận tốc pha Φ
y
đi qua toàn bộ tiết diện thiết bị, m/s
6.2. Tính chiều cao thiết bị
- Theo phương trình chuyển khối:
- 11 -
Muốn tính theo phương trình truyền khối trước hết phải xác định hệ số truyền khối k
y
, k
x
và
động lực trung bình sau đó tính bề mặt tiếp xúc pha
tby
yk
G
F
∆
=
Hay
tbx
xk
∆
= , m
Trong đó: V - thể tích làm việc của thiết bị, m
3σ
- bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
f – tiết diện ngang của thiết bị, m
2
- Theo số bậc thay đổi nồng độ:
Hình 1.3. Đồ thị mô tả số bậc thay đổi nồng độ
Trước hết phải xác định được đường cân bằng và đường làm việc. Từ đó chúng ta xác định
số bậc lý thuyết trên đồ thị N
lt
(được biểu diễn trên đồ thị Hình 1.3) sau đó xác định số mâm thực
tế N
tt
lt
tt
N
N
η
0
C.
Giải:
Để xác định được đường kính của thiết bị, trước tiên ta phải xác định vận tốc làm việc cho
phép đi trong thiết bị
Khối lượng riêng của pha hơi ở điều kiện làm việc là
1,25.273.1, 2
. (40 273).1
o o
H
o
T P
T P
ρ
ρ
= =
+
= 1,31 kg/m
3
Vận tốc hơi đi trong thiết bị được tính theo công thức
430
. 0,0315.
1,31
L
H
v C
ρ
ễ
dàng trong thi
ế
t k
ế
, ta ch
ọ
n quy chu
ẩ
n
đườ
ng kính là D = 1,4 m
- 13 -
CHƯƠNG 2: HẤP THỤ
MỤC ĐÍCH:
N
ộ
i dung bài gi
ả
ng này giúp sinh viên n
ắ
m
đượ
c các khái ni
ệ
m, ki
ế
n th
ứ
c c
a quá trình và tính
toán thi
ế
t k
ế
thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
.
SỐ TIẾT: 7
BẢNG PHÂN CHIA THỜI LƯỢNG
STT NỘI DUNG SỐ TIẾT
1
Đị
nh ngh
ĩ
a. 0.25
2 Yêu c
ầ
u l
ự
a ch
ọ
n dung môi. 0.5
a nhi
ệ
t
độ
và áp su
ấ
t lên quá trình h
ấ
p th
ụ
. 0.5
6 Các y
ế
u t
ố
ả
nh h
ưở
ng
đế
n kích th
ướ
c thi
ế
t b
ị
0.25
7 Thi
ế
ụ
c nh
ỏ
c
ủ
a ch
ươ
ng
TRỌNG TÂM BÀI GIẢNG
-
Nguyên lý c
ủ
a quá trình h
ấ
p th
ụ
-
Quy trình, thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
NỘI DUNG
ử
khí
đượ
c hòa tan g
ọ
i là ch
ấ
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
, ch
ấ
t l
ỏ
ng dùng
để
hòa tan g
ọ
i là dung
môi (hay ch
ấ
t h
ấ
p th
ụ
), khí không b
ị
d
ụ
ng
để
:
-
Thu h
ồ
i các c
ấ
u t
ử
quý
-
Làm s
ạ
ch khí
- 14 -
-
Tách h
ỗ
n h
ợ
p khí thành các c
ấ
u t
ử
p th
ụ
là t
ạ
o nên m
ộ
t dung d
ị
ch s
ả
n ph
ẩ
m xác
đị
nh thì
dung môi
đ
ã
đượ
c xác
đị
nh b
ở
i b
ả
n ch
ấ
t c
ủ
a s
ọ
ng các tính ch
ấ
t sau:
- Có tính ch
ấ
t hòa tan ch
ọ
n l
ọ
c: ngh
ĩ
a là ch
ỉ
hòa tan t
ố
t c
ấ
u t
ử
c
ầ
n tách ra và không hòa
tan các c
ấ
u t
ử
còn l
ạ
i ho
ằ
m tránh m
ấ
t mát
-
Tính
ă
n mòn c
ủ
a dung môi th
ấ
p
để
d
ễ
dàng trong vi
ệ
c ch
ế
t
ạ
o thi
ế
t b
ị
-
Chi phí th
t
-
Nhi
ệ
t dung riêng bé ít t
ố
n nhi
ệ
t khi hoàn nguyên dung môi
-
Nhi
ệ
t
độ
sôi khác xa v
ớ
i nhi
ệ
t
độ
sôi c
ủ
a ch
ấ
t hòa tan nh
ư
v
ậ
ng
đ
óng r
ắ
n làm t
ắ
c thi
ế
t b
ị
-
Không t
ạ
o thành k
ế
t t
ủ
a, khi hòa tan tránh
đượ
c t
ắ
c thi
ế
t b
ị
, và thu h
ồ
i c
n ta ph
ả
i d
ự
a vào nh
ữ
ng
đ
i
ề
u ki
ệ
n c
ụ
th
ể
c
ủ
a s
ả
n xu
ấ
t. Nh
ư
ng dù sao
đ
i n
ữ
a thì
đ
ụ
thu
ộ
c
đ
ó có th
ể
bi
ể
u th
ị
b
ằ
ng
đị
nh lu
ậ
t Henry - Dalton nh
ư
sau: y
cb
= mx
Khi tính toán h
ấ
p th
ụ
, ng
ườ
i ta th
ườ
ủ
a y và x vào ph
ươ
ng trình ta có :
Y =
Xm
mX
)1(1 −+
- 15 -
4. Cân bằng vật chất quá trình hấp thụ
([1] trang 154, [5] trang 141)
Khi tính toán h
ấ
p th
ụ
th
ườ
ng ng
ườ
i ta cho bi
ế
t l
ượ
ng h
ỗ
n h
ợ
p khí n
ồ
ch dòng nh
ư
hình 2.1
G
ọ
i:
G
1
, G
2
: su
ấ
t l
ượ
ng mol t
ổ
ng c
ộ
ng c
ủ
a pha khí vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
L
1
, L
u t
ử
không khu
ế
ch tán (tr
ơ
) trong pha l
ỏ
ng và pha khí
x
1
, x
2
: ph
ầ
n mol c
ủ
a dung ch
ấ
t trong pha l
ỏ
ng ra và vào thi
ế
t b
ị
y
1
, y
2
ị
Y
1
, Y
2
: t
ỉ
s
ố
mol c
ủ
a dung ch
ấ
t trong pha khí vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
Hình 2.1.
Quá trình truy
ề
n kh
ố
i trong thi
ế
Và ph
ươ
ng trình cân b
ằ
ng v
ậ
t li
ệ
u là :
1 2 1 2
( ) ( )
tr tr
G Y Y L X X
− = −
T
ừ
đ
ây ta xác
đị
nh l
ượ
ng dung môi c
ầ
n thi
ế
t
L
L
tr
x
1
G
1
y
1G
tr
x
1
G y
G
tr
y
- 16 -
1 2
1 2
( )
( )
tr
tr
a dung môi
đạ
t
đến
nồng độ cân bằng
, nh
ư
v
ậ
y ta có:
min
max
1 2
1 2
tr tr
Y Y
L G
X X
−
=
−Trong
đ
ó X
1max
là n
ồ
ng
ng v
ớ
i n
ồ
ng
độ
vào c
ủ
a pha khí
L
ượ
ng dung môi tiêu hao riêng là:
1 2
1 2
tr
tr
L
Y Y
l
G X X
−
= =
−
N
ế
u ta vi
ế
t ph
n b
ấ
t kì nào
đ
ó v
ớ
i ph
ầ
n trên c
ủ
a thi
ế
t b
ị
. Ta có:
1 1
( ) ( )
tr tr
G Y Y L X X
− = −
VD2.1. Xác định lượng acid sunfuric tiêu hao để làm khô khối không khí có năng suất
500m
3
/h không khí khô ở điều kiện chuẩn. Hàm lượng ẩm ban đầu là 0,016 kg/kg không khí
khô, hàm lượng ẩm cuối là 0,006 kg/kg không khí khô. Hàm lượng nước ban đầu trong acid
là 0,6 kg/kg acid, hàm lượng cuối là 1,4 kg/kg acid, không khí được làm khô ở điều kiện áp
suất khí quyển.
Giải:
Tóm t
ắ
n l
ượ
t là
0,016
V
Y =
và
0,006
R
Y =
Đố
i v
ớ
i acid sunfuric, n
ồ
ng
độ
n
ướ
c trong acid lúc vào và ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
l
ầ
n l
ượ
ượ
ng c
ủ
a dòng khí là
G = F.
ρ
= 500.1,293 = 646,5 kg/h
Áp d
ụ
ng công th
ứ
c ta tính
đượ
c su
ấ
t l
ượ
ng c
ủ
a dòng acid là:
( )
0,016 0,006
646,5.
1,4 0,6
( )
tr V R
tr
R V
G Y Y
L
ng L = 500 kg/h
N
ồ
ng
độ
aceton trong n
ướ
c tr
ướ
c và sau khi ra kh
ỏ
i thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
l
ầ
n l
ượ
t là
0
V
X
=
và
0,03
Y =
Cân b
ằ
ng v
ậ
t ch
ấ
t trong thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
này cho dung ch
ấ
t là aceton ta
đượ
c
( ) ( )
tr R V tr V R
L X X G Y Y
− = −
T
ừ
ph
ươ
tr
V R
L X X
G
Y Y
−
−
= =
−
−
= 2000 kg/h
Su
ấ
t l
ượ
ng pha khí vào thi
ế
t b
ị
s
ẽ
là
(1 )
tr V
G G Y
= +
= 2000.(1 + 0,05) = 2100 kg/h
V
3
/kg không khí khô.
Giải:
Tóm t
ắ
t
đầ
u bài ta có
Đố
i v
ớ
i dung môi là n
ướ
c:
L
ượ
ng n
ướ
c vào tháp v
ớ
i su
ấ
t l
ượ
ng F
1
= 8 m
3
/h
N
R
X =
- 18 -
Đố
i v
ớ
i khí th
ả
i ch
ứ
a NH
3
: Su
ấ
t l
ượ
ng nh
ậ
p li
ệ
u c
ủ
a dòng khí là F
2
= 50 m
3
/ph
N
ồ
ấ
t th
ườ
ng ta có kh
ố
i l
ượ
ng riêng c
ủ
a không khí và n
ướ
c l
ầ
n l
ượ
t là:
ρ
k
= 1,293 kg/m
3
và
ρ
n
= 1000 kg/m
3
.
Su
ấ
t l
Su
ấ
t l
ượ
ng c
ủ
a dòng n
ướ
c L = L
tr
= F
1
.
ρ
n
= 8.1000 = 8000 kg/h
Cân b
ằ
ng v
ậ
t ch
ấ
t trong thi
ế
t b
ị
h
ấ
p th
ụ
8000
.( ) 0,06 (0,015 0)
3659,4
tr
R V R V
tr
L
Y Y X X
G
= − − = − −
= 0,027 kg/kg không khí khô
Ta th
ấ
y n
ồ
ng
độ
trên nh
ỏ
h
ơ
n n
ồ
ng
độ
cho phép c
ủ
a NH
3
u t
ố
có
ả
nh h
ưở
ng quan tr
ọ
ng lên quá trình h
ấ
p th
ụ
, chúng
ả
nh
h
ưở
ng tr
ự
c ti
ế
p lên tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng và
độ
ng l
ự
c c
ng
đế
n m
ộ
t
đ
i
ể
m gi
ớ
i
h
ạ
n nào
đ
ó thì quá trình không còn x
ả
y ra
đượ
c n
ữ
a.
Tuy nhiên, nhi
ệ
t
độ
cao c
ũ
ng có
ả
ỏ
ng.
N
ế
u t
ă
ng áp su
ấ
t thì thì
độ
ng l
ự
c quá trình truy
ề
n kh
ố
i s
ẽ
t
ă
ng.
Tuy nhiên khi ta t
ă
ng áp su
ấ
t thì nhi
ệ
t
độ
c
Khi ch
ọ
n l
ượ
ng dung môi s
ử
d
ụ
ng và các thông s
ố
v
ậ
n hành thi
ế
t b
ị
, ta ph
ả
i ch
ọ
n sao cho thích
h
ợ
p nh
ấ
t theo các ch
ỉ
tiêu k
ỹ
thu
ng ch
ả
y t
ừ
trên xu
ố
ng theo
b
ề
m
ặ
t
đệ
m và khí
đ
i t
ừ
d
ướ
i lên phân tán
đề
u trong ch
ấ
t
l
ỏ
ng .
Tháp
đệ
m có nh
đơ
n gi
ả
n
-
Tr
ợ
l
ự
c trong tháp không l
ớ
n l
ắ
m
-
Gi
ớ
i h
ạ
n làm vi
ệ
c t
ươ
ng
đố
i r
ộ
ng
u.
Để
kh
ắ
c ph
ụ
c nh
ượ
c
đ
i
ể
m
đ
ó, n
ế
u tháp cao quá thì
ng
ườ
i ta chia
đệ
m ra nhi
ề
u t
ầ
ng và có
đặ
t thêm b
ộ
ph
t nhi
ề
u trong k
ỹ
thu
ậ
t hóa
h
ọ
c. Trong tháp
đĩ
a khí h
ơ
i phân tán qua các l
ớ
p ch
ấ
t l
ỏ
ng
chuy
ể
n
độ
ng ch
ậ
m t
ừ
trên xu
ố
ai h
ơ
n.
Chia tháp
đĩ
a (mâm) ra làm hai l
ọ
ai có
ố
ng ch
ả
y
chuy
ề
n, khí và l
ỏ
ng chuy
ể
n
độ
ng riêng bi
ệ
t t
ừ
đĩ
a n
ọ
sang
đĩ
phân ra nh
ư
sau tháp chóp, tháp
đĩ
a l
ướ
i
Hình 2.3.
C
ấ
u t
ạ
o tháp
đĩ
a
Hình 2.2.
C
ấ
u t
ạ
o tháp
đệ
m
- 20 -
CHƯƠNG 3: CHƯNG CẤT
MỤC ĐÍCH:
N
ng c
ũ
ng nh
ư
xác
đị
nh các thông s
ố
c
ơ
b
ả
n c
ủ
a quá trình và
tính toán thi
ế
t k
ế
thi
ế
t b
ị
ch
ư
ng c
ấ
t.
SỐ TIẾT: 8
c. 0.5
5 Thi
ế
t b
ị
ch
ư
ng c
ấ
t. 0.25
6 Bài t
ậ
p và th
ả
o lu
ậ
n 5
Tổng 8
Bài t
ậ
p và th
ả
o lu
ậ
n s
ẽ
đượ
c phân ph
ố
ệ
th
ố
ng thi
ế
t b
ị
ch
ư
ng c
ấ
t.
NỘI DUNG
1. Định nghĩa và phân loại
([1] trang 49, [5] trang 167)
Ch
ư
ng là ph
ươ
ng pháp dùng
để
tách các h
ỗ
n h
ợ
p ch
ấ
t l
ỏ
ng c
n h
ợ
p (ngh
ĩ
a là
khi
ở
cùng m
ộ
t nhi
ệ
t
độ
, áp su
ấ
t h
ơ
i c
ủ
a các c
ấ
u t
ử
khác nhau).
Trong s
ả
n xu
ấ
t ta th
ườ
độ
bay h
ơ
i r
ấ
t khác
nhau. Ph
ươ
ng pháp này th
ườ
ng dùng
để
tách s
ơ
b
ộ
và làm s
ạ
ch các c
ấ
u t
ử
kh
ỏ
i t
ạ
p ch
ấ
t.
- 21 -
ấ
t không bay h
ơ
i, th
ườ
ng
đượ
c
ứ
ng d
ụ
ng trong tr
ườ
ng h
ợ
p ch
ấ
t
đượ
c tách không tan vào
n
ướ
c.
-
Ch
ư
ng chân không: Dùng trong tr
ườ
ng h
n h
ợ
p d
ễ
b
ị
phân h
ủ
y
ở
nhi
ệ
t
độ
cao hay tr
ườ
ng h
ợ
p các c
ấ
u t
ử
có
nhi
ệ
t
độ
sôi quá cao.
-
ơ
i có tính ch
ấ
t hòa tan m
ộ
t ph
ầ
n ho
ặ
c hòa tan hoàn toàn vào nhau.
2. Cân bằng pha quá trình chưng cất:
([1] trang 52, [5] trang 168)
Tr
ườ
ng h
ợ
p ch
ấ
t l
ỏ
ng hòa tan vào nhau theo b
ấ
t c
ứ
t
ỉ
l
ệ
nào thì áp su
sôi c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p c
ũ
ng nh
ư
thành ph
ầ
n c
ủ
a c
ấ
u t
ử
trong h
ơ
i không ph
ả
i là m
ộ
t h
ằ
ng s
ố
mà thay
i li
ề
n các
đ
i
ể
m bi
ể
u di
ễ
n cho thành ph
ầ
n h
ơ
i cân b
ằ
ng v
ớ
i x.
Đườ
ng này g
ọ
i là
đườ
ng ng
ư
ng t
ụ
hay
đườ
ng l
ỏ
ng b
ả
o hòa.
Khu v
ự
c phía trên
đườ
ng OMD là khu v
ự
c h
ơ
i, khu v
ự
c d
ướ
i
đườ
ng cong OND là khu v
ự
c
l
ỏ
ng, khu v
ự
c
ở
gi
ữ
đ
ó pha l
ỏ
ng
đượ
c cho b
ố
c h
ơ
i , pha h
ơ
i
t
ạ
o nên luôn luôn
ở
tr
ạ
ng thái cân b
ằ
ng v
ớ
i pha l
ỏ
ng còn l
ạ
i trong thi
ế
t b
ị
đế
n nhi
ệ
t
độ
c
ầ
n thi
ế
t ch
ấ
t l
ỏ
ng
đ
i vào các thùng ch
ứ
a. Thành ph
ầ
n ch
ấ
t l
ỏ
ng ng
ư
ng luôn
luôn thay
đổ
i. Sau khi
đ
ng cho nh
ữ
ng tr
ườ
ng h
ợ
p sau:
-
Khi nhi
ệ
t
độ
sôi c
ủ
a hai c
ấ
u t
ử
khác nhau xa
-
Khi không
đ
òi h
ỏ
i s
ả
n ph
ẩ
n h
ợ
p nhi
ề
u c
ấ
u t
ử
3.2. Sơ đồ
Hình 3.2.
S
ơ
đồ
quá trình ch
ư
ng
đơ
n gi
ả
n
4. Chưng cất liên tục
([1] trang 71, [5] trang 182)
4.1. Sơ đồ hệ thống và nguyên tắc quá trình chưng luyện:
H
ơ
i
ng
độ
các c
ấ
u t
ử
thay
đổ
i theo chi
ề
u cao c
ủ
a tháp, nhi
ệ
t
độ
sôi c
ũ
ng thay
đổ
i t
ươ
ng
ứ
ng
v
ớ
i s
ự
thay
đượ
c h
ỗ
n h
ợ
p ch
ứ
a nhi
ề
u c
ấ
u t
ử
d
ễ
bay h
ơ
i và
ở
đ
áy tháp ta thu
đượ
c h
ỗ
n h
ợ
p ch
ứ
a
ế
t
4.2. Cân bằng vật chất
([1] trang 71, [5] trang 182)Ph
ươ
ng trình cân b
ằ
ng cho toàn tháp.
F = W + D
Fx
F
= Wx
W
+ Dx
D
F
W
P
- 23 -
Trong
đ
ó:
F, W, D - su
ấ
t l
ượ
ơ
i trong nh
ậ
p li
ệ
u, s
ả
n ph
ẩ
m
đ
áy và
đỉ
nh.
- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
.
1
1
+
+
+
=
R
x
x
R
R
y
D
ư
u, kmol/h
- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
1
1 1
W
R f f
y x x
R R
+ −
= −
+ +
F
f
D
=
- l
ượ
ng h
ỗ
n h
ợ
p nh
ậ
p li
ệ
u so v
ớ
i s
ng c
ấ
t xác
đị
nh tr
ướ
c
và t
ươ
ng
ứ
ng là nhi
ệ
t t
ả
i c
ủ
a thi
ế
t b
ị
ng
ư
ng t
ụ
và n
ồ
i
đ
un là t
ự
a theo
đồ
th
ị
xy:
* *
min
min
1
D F D F
D F D F
R y y x y
A tg
R x x x x
φ
− −
= = = =
+ − −
- 24 -
Suy ra
*
min
*
D F
F F
x y
R
y x
n
ế
u l
ượ
ng R quá bé thì tháp vô cùng cao,
đ
i
ề
u này khó th
ự
c hi
ệ
n, n
ế
u l
ượ
ng h
ồ
i l
ư
u l
ớ
n thì thi
ế
t b
ị
có th
ấ
p
u làm vi
ệ
c, ta có : R
x
=
ϕ.
R
min
V
ớ
i
ϕ
là h
ệ
s
ố
h
ồ
i l
ư
u d
ư
.
Trong th
ự
c t
ế
, t
ỉ
ồ
i l
ư
u thích h
ợ
p
- V
ẽ
đườ
ng cân b
ằ
ng và các
đườ
ng làm vi
ệ
c.
- Xác
đị
nh s
ố
mâm lý thuy
ế
t
VD3.1. Xác định số mâm thực của tháp chưng cất dùng để phân tách hỗn hợp rượu
metylic và nước ở áp suất thường. Nhập liệu vào tháp chứa 31,5% mol rượu. Thành phần
của sản phẩm đỉnh chứa 97,5% mol rượu, sản phẩm đáy chứa 1,1% mol rượu. Hệ số hoàn
lưu dư
ϕ
ϕϕ
i c
ủ
a h
ỗ
n h
ợ
p methanol – n
ướ
c
ở
1 atm
đề
bài, ta xây
d
ự
ng
đườ
ng cân b
ằ
ng x – y c
ủ
a h
ệ
nh
ư
hình 3.4
Theo
đầ
u bài ta có x
F
ư
u t
ố
i thi
ể
u R
min
nh
ư
sau:
*
min
*
D F
F F
x y
R
y x
−
=
−
V
ớ
i: x
D
= 0,975 và x
W
= 0,011
s
ố
hoàn l
ư
u làm vi
ệ
c là
min
1,77.0,833
R R
ϕ
= = = 1,475
Ph
ươ
ng trình làm vi
ệ
c cho ph
ầ
n c
ấ
t c
ủ
a tháp là:
1,475 0,975
1 1 1, 475 1 1, 475 1
D
xR
y x x
c ph
ầ
n c
ấ
t luôn
đ
i qua
đ
i
ể
m có to
ạ
n
độ
(x
D
, y
D
),
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n ch
ư
ng luôn
đ
i qua
đ
t 2
đ
i
ể
m, nh
ư
đố
i
v
ớ
i bài toán này, ta d
ễ
dàng nh
ậ
n th
ấ
y nó s
ẽ
đ
i qua 2
đ
i
ể
m (0; 0,349) và (0,975; 0,975)
Để
xây d
ự
đườ
ng th
ẳ
ng. Chú ý r
ằ
ng
đườ
ng làm vi
ệ
c ph
ầ
n c
ấ
t,
đườ
ng làm
Copyright: Tài liệu đại học ©